Examen-asfalt-voorbereiding PDF

Preview

Summary

Nuttig bij de examenvoorbereiding...

Description

Asfalttechnologie Hoofdstuk1: 4 fasen wegontwerp: - onderzoek naar noodzaak, randcondities en verwachte verkeersstroom - tracé bepalen - dwarsprofiel vastleggen - materialen kiezen Hoe is een weg opgebouwd? - verharding (asfalt, beton, klinkers): primordiaal belang o.w.v. structuur, comfort, veiligheid en afvoer van water - fundering (gebonden (schraalbeton) of ongebonden (steenslagmengsels)) - onderfundering (dikte afhankelijk van de vorstvrije diepte) - ondergrond (steeds vorstvrij; grond in situ of verbeterde ondergrond) Hoe wordt de belasting overgedragen naar de ondergrond? Verharding doet lastenspreiding naar fundering, fundering doet lastenspreiding naar onderfundering en onderfundering doet lastenspreiding naar ondergrond. De spanning in de verharding zal het hoogst zijn waardoor de verharding harder en sterker zal moeten zijn dan de onderlagen. Hoe wordt verkeer ‘verrekend’ in de opbouw van een weg, (in relatie de parameters uit H4& 5 met stijfheid van de verschillende lagen i.h.b. vermoeiingscurve en stijfheid van asfalt) Uit verkeersvolumeschatting en levensduur volgt de bouwklasse van een weg. Uit de bouwklasse volgt een standaardstructuur of een eigen ontwerp. Met deze bouwklassen wordt een keuze gemaakt wat betreft het materiaal en de dikte van het asfalt. Wat is een standaardstructuur. Wat is SB250? Een standaardstructuur is een advies voor dikte van de verharding en de fundering voor een bepaalde bouwklasse. Het standaardbestek 250 is een beschrijving van de minimale kwaliteits- en gebruikseisen waaraan de materialen moeten voldoen, wordt als leidraad gebruikt bij overheidsopdrachten. De mengsels moeten voldoen aan een samenstelling (vrij te kiezen tussen opgelegde grenzen) en de eindkwaliteit. Wat zijn SAL’s? SAL staat voor het aantal StandaardAsLasten. De SAL wordt berekend m.b.v. gegevens uit het verkeer. Deze SAL wordt vervolgens gebruikt bij het bepalen van de bouwklasse van de weg (bv. Voor bouwklasse B2 wordt een aantal SAL verwacht tussen de 32 en 64 miljoen).

1

Welke eisen worden gesteld aan asfaltconstructies? (belang grondstoffen H2? goed mengselontwerp H3? Eigenschappen van het asfalt uit H4 en 5?) - functionele eisen (gesteld door de gebuiker; veiligheid, comfort, wegoppervlaktekenmerken) ~ toplaag - structurele eisen (structurele mechanische sterkte) ~onderste asfaltlagen, fundering, onderfundering, ondergrond - duurzaamheidseisen (weerstand tegen fysische en chemische interactie; weerstand tegen watergevoeligheid!) Asfalt is een weghardingsmateriaal met een flexibele (ongebonden fundering) of halfstijve (ongebonden fundering) constructie. Lagen in asfaltverharding: - 1 toplaag - 1 of meerdere onderlagen - profileringslaag/onderlaag

2

Hoofdstuk 2: Fracties granulaten: Steenfractie: d>2mm Zandfractie: 2mm>d>0,063mm Vulstoffractie (fijne deeltjes): d lagere temperatuursgevoeligheid  Dit leidt tot een lagere Fraass-temperatuur -> minder gevoelig voor scheurvorming  Naast verbeterd lage-temperatuursgedrag, ook verbeterd hoge-temperatuursgedrag -> verminderde vervormingsgevoeligheid bij hoge temperatuur o

Polymeergemodificeerd bitumen  Fysisch/chemische recatie interactie tussen polymeren en het bitumen  Voor de wegenbouw:  Elastomeren: gedragen zich elastisch, grote elastische terugvering (type SBS)  Thermoplasten/plastomeren: hard bij lagere en zacht (plastisch) bij hogere temperatuur; blijven dit gedrag oneindig vaak herhalen; stijver, minder elastische terugvering (type EVA)  Bij hoge wegdektemperatuur (langzaam verkeer): polymeer levert verhoogde weerstand tegen permanente vervorming  Bij lage wegdektemperatuur (snel verkeer): basisbitumen levert gewenste weerstand tegen temperatuur-scheurvorming

6

Stijfheidsmodulus van bitumen Bitumen is geen zuiver elastisch materiaal -> stijfheid is afhankelijk van de tijd en de temperatuur. Wanneer we bitumen als zuiver elastisch beschouwen, kan de stijfheid gemeten worden aan de hand van een trek- of drukproef waarop de wet van Hooke geldt. Onderstaande figuur is een nomogram om de stijfheid van bitumen grafisch te bepalen a.d.h.v. de PI, het verwekingspunt, de belastingsduur en de omgevingstemperatuur.

figuur 4 kunnen uitleggen; modificatie (belang, ook i.f.v. H5), nomenclatuur van pen-bitumen, hard bitumen, polymeerbitumen; pen-proef, R&B, DSR, BBR, RTFOT, RCAT, PAV (+belang van deze verouderingsproeven); tabellen niet van buiten te kennen.

7

Hoofdstuk 3: Hoe wordt een asfaltmengsel opgebouwd? - 1 toplaag - 1 of meerdere onderlagen - (profileringslaag) - fundering Wat bedoelen we met omhulling van het aggregaat? Vloeibaar bitumen hecht zich rond de granulaten Verschil zand/steen skelet Er worden twee skelettypes onderscheiden: steen- en zandskelet-mengsels: o Steenskeletmengsels  krachten worden overgebracht via de contactpunten van de stenen (diameter groter dan 2 mm)  goede weerstand tegen spoorvorming  discontinue korrelverdeling => fracties ontbreken => bewust creëren van holle ruimte  Bv. SMA,ZOA => toplagen o Zandskeletmengsels  zandkorrels vormen het dragende skelet (stenen raken elkaar niet)  meer vervormbaar dan een steenskelet, daardoor gebruikt men meer bitumen bij een zandskelet  continue korrelverdeling  Bv. Asfaltbetons (APO,AVS) => onderlagen en toplagen Het onderscheid tussen zand en steen is kunstmatig: het is alleen gebaseerd op grootte. Let op: Een skelet heeft ongevulde ruimten tussen de opbouwende delen. Het spreekt voor zich dat het skelet alleen dragend kan zijn als deze holle ruimten niet gevuld -en al helemaal niet overvuldzijn met andere bouwstoffen. Waar staat AB,APO, AVS, ZOA, SMA voor? o AB= Asfalt Beton (top/onder) o APO= Asfalt voor Onderlagen met Prestatie-eisen (onder): zachter bitumen dan AVS o AVS= Asfalt met Verhoogde Stijfheid (onder): hard bitumen, geschikt voor B1 t.e.m. B5 o ZOA= Zeer Open Asfalt (top): laag mastiekgehalte => hoge HR (25%) o SMA=SplitMastiekAsfalt (top): HR in hoge mate opgevuld met mastiek => HR tot 7% Letters worden aangevuld met cijfers/letters i.f.v. type bindmiddel en gradering: Bv. APO-A: D=20 (maximaal) APO-B: D=14 APO-C: D=10 APO-D: D=6,3

Waar worden welke mengsels gebruikt? Kan je dat zien aan het mengselontwerp? 8

Verschillende types asfalt naargelang bouwklasse en omgeving voor elke asfaltlaag (top/onderlagen). Indeling naar soort laag: Zie antwoord vorige vraag! Kenmerken toplaag: o Comfort o Waterdicht o Duurzaamheid o Meer bitumen dan onderlaag Kenmerken onderlaag: o Sterkte o Duurzaamheid o Hechting o

Minder bitumen dan toplaag

Asfaltmengselontwerp: Randvoorwaarden

Waarom zouden twee zandsoorten moeten gebruikt worden? Voor een SMA moeten er twee soorten breekzand en geen fijn zand gebruikt worden om een open structuur te krijgen. Wat is de invloed van de hoekigheid op de prestaties van het asfalt? Als de fractie van hoekige granulaten toeneemt (bv. Meer brekerzand) dan gaat de spoorvorming verminderen. Stel dat je asfaltgranulaat gebruikt, hoe speelt dat mee in het mengselontwerp en keuze van de grondstoffen? Asfaltgranulaat is de afvalstroom afkomstig van frezen van oude wegen. Om het als secundaire grondstof te gebruiken moet het bitumen (verouderd), de aggregaten (geometrie,afkomst, slijtage) en de samenstelling onderzocht worden. In het SB staat dat er maximaal 20% aggregaat gebruikt mag worden. Dit betekent dat ook slechts 20% van het bitumen vervangen mag worden. Door het toevoegen van asfaltgranulaat met een stijver bindmiddel, zal het bindmiddel van het asfaltmengsel ook stijver worden. Een stijver bindmiddel zorgt voor een andere penetratie.

9

Waarom geen 100% bitumen hergebruiken? Theoretisch is dit mogelijk, praktisch niet. Het is niet toegestaan omdat de gewenste korrelverdeling (allicht) verschilt van de korrelverdeling van het asfaltgranulaat. Hoe wordt asfaltgranulaat behandeld in SB250? ? PRADOWIN = te kennen en kunnen toepassen Niet van buiten kennen: exacte korrelverdelingen, tabellen met eigenschappen bitumina, absolute eigenschappen van asfaltmengsels (bijv. % HR); Je moet zelf niet een AB3A kunnen samenstellen, maar wel weten dat dit mengsel een onderlaag is, voor lagere bouwklasse, gebruik maakt van bitumen 50/70 (=standaard wegenbitumen), met een maximale korreldiameter van 20mm en dit kunnen vergelijken met een APO. WAAR DEZE INFORMATIE HALEN? A duidt op maximale korreldiamter van 20mm, 3 duidt op bitumen 50/70??? Lagere bouwklasse?? Onderlaag? Welk asfalt is het grofst: AB-3A ofAB-3B? AB-3A is grover want A duidt op max. korreldiameter van 20mm, B duidt op max. korreldiameter van 14mm. Heeft een ZOA veel meer HR heeft dan een SMA? Ja, qua HR geldt: AB volkomen elastisch materiaal  fasehoek = 90° => volledig plastisch of viskeus materiaal Wanneer de bitumina (in onderstaande grafiek) belast worden is hun respons gedeeltelijk elastisch, gedeeltelijk viskeus. Beide bitumina zijn visco-elastische materialen met dezelfde G* maar bitumen 2 is elastischer dan bitumen 1. Dit verschil in performance is in dit geval enkel te zien aan de parameter .

19

Opstellen van de mastercurve Voorspellen van het gedrag over verschillende temperaturen en frequenties Wanneer men visco-elastische materialen in hun visco-elastisch gebied onderwerpt aan een oscillatie kan men zich beroepen op de theorie van de lineaire visco-elasticiteit. Dit wil zeggen dat pulstijd en de temperatuur equivalente effecten hebben op de reologische eigenschappen. Hoge temperaturen stemmen overeen met lage frequenties en vice versa. Dit heeft tot gevolg dat men slechts een beperkt gebied van de temperatuurs- en frequentiespectra dient te onderzoeken en nadien een superpositie dient uit te voeren. Om een volledig spectrum van de gezochte bindmiddeleigenschappen te vinden moet men combinaties maken van verschillende temperaturen met verschillende frequenties. De experimenten kunnen op twee manieren uitgevoerd worden - bij constante temperatuur en variërende belastingstijd (frequentie-sweep) - bij constante frequentie en variabele temperatuur (temperatuur-sweep) Bij bitumineuze bindmiddelen maakt men de combinatie van frequentie - temperatuurspectra door een frequentie sweep uit te voeren bij een welbepaalde temperatuur en dit te herhalen bij verschillende temperaturen. Om een bindmiddel te kunnen waarderen, mogen we geen enkele combinatie van temperatuur en frequentie uitsluiten. Daarom worden over een groot temperatuuren frequentiebereik frequentiesweeps opgenomen bij verschillende temperaturen. Uit het superpositieprincipe (Arrhenius of WLF model) kan de zogenaamde mastercurve opgesteld worden waarin de rheologische paramaters over een groot frequentiebereik bij één referentietemperatuur weergegeven worden. Dit gebeurt als volgt: Er wordt bij verschillende temperaturen (60, 50, 40, 30 en 20 °C) telkens een frequentiesweep uitgevoerd: bv. onderstaande curve is een sweep bij temperatuur T3 met meetpunten van G* bij 5 frequenties tussen 0.01 tot 8 Hz.

20

De curven van alle temperaturen komen op een zelfde grafiek boven elkaar te liggen: Gesteund door het tijd-temperatuur superpositieprincipe (model WLF of Arrhenius), verschuift men de curven horizontaal met een verschuivingsfactor (shift-factor) tot één aaneensluitend geheel. Hierdoor worden metingen gesimuleerd buiten het werkelijke experiment interval.

Uiteindelijk verkrijgt men de zogenaamde Mastercurve van een bindmiddel voor een bepaalde referentietemperatuur. Een mastercurve is steeds een ‘smoothed line’ , dus een aaneensluitende curve, want een mastercurve stelt een simulatie voor van G* tegenover f voor één welbepaalde temperatuur, de referentietemperatuur. Een bijkomende mogelijkheid van deze testmethode is het opstellen van de Black Diagram. Een Black Diagram is een voorstelling van alle complex shear moduli (log) en de overeenkomstige delta (lineair). Deze grafiek is met andere woorden frequentieonafhankelijk (dus verkeersonafhankelijk). Samen met de mastercurve is de Black curve uniek voor elk type bindmiddel (“fingerprint”). Een Black Diagram vertelt meer over het bitumen dan de mastercurve. Wat kunnen we leren uit de mastercurve en Black diagram? De grafieken moeten kunnen aantonen dat het bindmiddel voldoet aan de vooropgestelde eisen aan het bindmiddel én het asfaltmengsel. Deze analyse is een spel tussen : - G* hoog en  laag, bij hogere temperaturen: stijf en elastisch; er zullen weinig vervormingen optreden en indien er vervormingen optreden zullen deze reversibel zijn; Figuur 77: uiteindelijke mastercurve - G* laag en  gemiddeld, bij lagere temperaturen: niet te stijf om brosse breuken tegen te gaan en visceus gedrag om spanningen op te vangen en “healing” te garanderen. Single point (gedrag meten binnen één conditie) Men kan uit de oscillatie nog andere eigenschappen van bitumina vaststellen of berekenen. Log (G*(25°C;0,4 Hz) = 2,923 – 1,9 log (pen) ( 23) Hiermee kan men G* bepalen uit de penetratiewaarden en vice versa. Met behulp van de G* kan men dus de penetratie aflezen zonder de penetratie proef te moeten uitvoeren!

21

Geeft een rheologische meting met een DSR meer info dan de klassieke testen? Wat is het grote voordeel van een DSR-test t.o.v. een penetratietest?

Toon aan. Belang van LVER. In dynamische reologische metingen bij oscillatie is het van belang om na een belastingscyclus geen schade te hebben toegebracht aan het materiaal, m.a.w. het uitvoeren van een niet-destructieve test is gewenst. Hiervoor dient de test te gebeuren in een “venster” waarbij de reologische parameters constant blijven ongeacht de toegevoerde kracht. Dit venster wordt het “Linear Visco-Elastic Region” genoemd. Wanneer men in dit gebied metingen uitvoert, worden correcte berekeningen uitgevoerd en gegevens juist voorgesteld. Waarvoor staat G* en E*? (waarom de ster?)

Kan je aan de hand van een black diagram het verschil zien tussen een conventioneel en gemodificeerd bitumen?

22

De kruipcurve

Kruip is het gedrag van een materiaal dat bij een bepaalde tijd onderhevig was aan een opgelegde spanning. Een kruipcurve van een visco-elastisch materiaal bestaat uit twee delen (cfr. model Burgers):  een retardation curve waarbij een spanning wordt opgelegd  een relaxation curve waarbij de spanning wordt verwijderd en de vervorming terug naar de oorspronkelijke vorm ijlt In de retardation curve kunnen we drie belangrijke zones onderscheiden: 1: zone van ogenblikkelijke vervorming : dit is de elastische component, gekarakteriseerd door veer 1 2: zone van visco-elastische componenten, gekarakteriseerd door veer-dashpot combinaties 3: zone van “steady state” gekarakteriseerd door de dashpot. Dit is een rechte lijn. Merk op dat deze steady state enkel voor die opgelegde shear geldt. Uit de relaxatie-curve kan een waarde van elasticiteit bepaald worden.

Wat is de functie van elastomeer op rheologisch gedrag van bitumen en asfalt?

formule 23 (kijk naar powerpoint presentatie), Je moet zelf niet een mastercurve voor bitumina met exacte waarden kunnen tekenen, maar wel een voorbeeld van een mastercurve / black diagram (of de ligging van zacht- hard bitumen) kunnen geven met grootte-ordes. Je hoeft de formules voor stijfheden etc. niet van buiten te kennen. Wel hun grootte-orde (in functie van temperatuur en frequentie), gebruik ervan en de relatie met de asfaltsamenstelling (bijv. invloed van bitumenstijfheid in het asfaltmengsel: hard bitumen leidt tot stijver asfalt).

23

Hoofdstuk 6: Asfaltmenginstallatie = moderne fabriek o Doseergedeelte o Droog-en verwarmingsgedeelte o Menggedeelte Soorten asfaltmenginstallaties Onderscheid op basis van dosering en afweging bestanddelen o discontinu systeem of chargemenger  steenslag en zand worden eerst volumetrisch voorgedoseerd in een voordoseerapparaat (1)  via een koude ladder in de droogtrommel (3), waar ze gedroogd en ontstoft worden  via een warme ladder (materiaal is ± 200°C) naar de zeefinrichting, waar ze gezeefd worden in een aantal fracties (->juiste massadosering) en in voorraadbunkers (6) terechtkomen  via een weegbak in de menger gebracht  in de menger komen steenslag en zand, vulstoffen (uit vulstofsilo (2)), eventuele additieven en bindmiddel (uit bindmiddeltank (4)) bij elkaar en worden zij gemengd in charges (eerst droge menging en daarna natte menging)  elke charge (of "batch") komt in de ophaalbak en wordt dan afgevoerd – rechtstreeks in een vrachtwagen of voorlopig naar een opslagsilo (5)

o

semi-continu systeem  tot aan de warme ladder hetzelfde als het discontinue.  de materialen komen na de warme ladder via een weegbak in een mengtrommel (dus zonder verder afzeven, dit is nadelig), waar de andere bestanddelen (vulstof, additieven en bindmiddel) worden toegevoegd  het mengen gebeurt dus continu  de gemengde materialen komen in een ophaalbak en worden afgevoerd naar een opslagsilo

24

o

continu systeem of trommelmenger  werken goedkoper en lenen zich beter voor de productie van grote hoeveelheden van eenzelfde mengsel dan een discontinu systeem  bij dit systeem wordt het asfalt continu geproduceerd  Na de voordosering (1) worden de materialen door een centrale aanvoerband in een droog- en mengtrommel ("trommelmenger" (3)) gebracht en komen zo via een warme ladder in de opslagsilo (5)  de trommel is langer dan bij een discontinu systeem, omdat drogen en mengen in dezelfde trommel gebeuren  de brander bevindt zich aan de inlaat van de trommel, waar de aggregaten worden ingevoerd; hierdoor verloopt het droogproces sneller dan bij een discontinue installatie  de vulstof (2) en het bitumen (4) worden ongeveer iets voorbij het midden van de trommel – in het menggedeelte, waar de overige materialen al droog zijn – ingebracht  nadeel van deze asfaltmenginstallaties is dat er nergens meer wordt afgezeefd of afgewogen en dat de voordosering uiterst precies dient te zijn  voordeel is dan weer dat de eigen vulstofproductie lager is, aangezien een gedeelte van de fijne bestanddelen met bitumen omhuld wordt een ander voordeel is dat bij verandering van asfaltsamenstelling nagenoeg geen problemen optreden met ongewenste materiaalresten van de vorige productie (zoals bijvoorbeeld in de warme bunkers van discontinue installaties), aangezien de hoeveelheid materialen die zich tussen voordosering en menging bevindt zeer beperkt is

Het verschil tussen een continue en discontinue centrale is dus…

Verschil primaire en secundaire trommel In de primaire mengtrommel komen de voorgedoseerde granulaten, ze worden hierin gedroogd en al een beetje gemengd. In de secundaire trommel (parallel) wordt asfaltgranulaat op lagere temperatuur gedroogd, omdat AG in de primaire trommel vuur zou vatten.

25

Wat is eigen vulstof? Eigen vulstof wordt gecreëerd door het ontstoffingssysteem in de trommel. Dit systeem is econmisch omdat er daardoor minder productievulstof moet aangekocht worden door de asfaltcentrale. Het is ook goed voor het milieu omdat het stof zo niet in de natuur terecht komt. “Droge ontstoffing is zowel mileuhygienisch als economisch. De gasstroom in de trommel voert een gedeelte van de fijne bestanddelen en zelfs zand mee. In sommige gevallen kan tot 8 % van het materiaal worden meegevoerd. Het ontstoffingssysteem scheidt bij voorkeur de deeltjes naar grootte; dit gebeurt in een voorafscheider. De "zand"-deeltjes kunnen aan de voet van de warme ladder terug in de cyclus worden gebracht. De rest gaat via een doekfilter of een (multi)cycloon naar een aparte silo en kan als "eigen" vulstof aan de menger worden toegevoerd. Deze eigen vulstof dient uiteraard aan bepaalde eisen te voldoen en mag niet zomaar aan het mengsel worden toegevoegd.” Mengtijd Opgegeven door de fabrikant, toch is toetsing nuttig! => als de menging niet meer perfect lijkt, best de mengtijd een beetje verlengen.

De voormengtijd mag niet te lang zijn. Enerzijds is er het gevaar dat de scherpe hoeken van het steenslag worden afgesleten, waardoor meer zand en fijne bestanddelen ontstaan, en anderzijds kunnen de vezels helemaal brek...